研究证实细胞膜上的离子通道通过体积识别离子

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离子通道是细胞膜上控制带电粒子进出的微小通道。但是它们是非常严格的“门卫”：每种通道只允许特定的一种离子通过。最近，来自Rockefeller大学的科学家揭示了至少其中一种离子通道——钾离子通道——背后的热动力学机制。

为了使神经将电信号快速传递到全身各处，它们必须保持在细胞内和周围存在电荷分布。尽管科学家一直知道离子通道是保持这种分布的原因，但他们不清楚通道如何区分不同的离子，例如带有同样电荷的钾和钠。

在发表于《PLoS Biology》上的文章中，Rockefeller分子神经及生物物理学实验室负责人Rod MacKinnon教授证明，钾离子通道通过离子大小来进行区分。

钾离子比钠离子稍大——半径大约大1/3——较大的体积意味着更少的表面电荷分布。小组的博士后Steve Lockless是文章第一作者，他说：“钾离子需要更多空间，但同时其电荷分布区域也更大，因此钾离子的电荷密度较低。”

为了证明钾离子通道依赖于其体积而非电荷密度进行离子区分，Lockless、MacKinnon和博士后Ming Zhou设计了一个实验。他们将细胞膜上的钾离子通道分离开，并将它们放入钡溶液中。钡的体积和钾类似，但是带有两个负电荷，因此其电荷密度和钠离子差不多。

Lockless说：“如果通道通过电荷密度识别，那么钡就不会结合到上面。但是结果正好相反。”钡最终结合到了离子通道上，这证明了离子通道通过离子大小进行识别。